我國加入世貿組織以后,鑄鐵件的出口量增長迅猛,與此同時國際市場對鑄件的要求也越來越高.因砂型鑄造中呋喃樹脂粘結劑的應用,明顯的提高了鑄件的質量,給國內鑄造行業帶來了較為顯著的經濟效益,得到了鑄造界的一致認同.但在生產過程中,也存在著一些問題,如果不加以重視和解決,勢必會帶來不必要的經濟損失.因此,我們在樹脂砂生產技術方面,作了一些工作與探索,為我公司進一步加大國外來圖加工業務,拓寬出口范圍,作出了努力.

　　1.呋喃樹脂砂的優缺點

　　1.1優點

　　1) 鑄件的尺寸精度高、外部輪廓清晰；鑄件表面光潔,外觀質量好;組織致密,鑄件綜合品質高.

　　由于樹脂砂具有較好的流動性、易緊實、脫模時間可調節、硬化后強度高、在其后的搬運及合箱過程中不變形;因樹脂砂的剛度高,在澆注和凝固過程基本上無形壁位移現象,所以鑄件的尺寸精度高,它比粘土砂及油砂生產的鑄件可提高1-2個級別.

　　2) 不用烘干,縮短了生產周期,節省了能源.

　　3) 省去了烘干工序,型砂易緊實,潰散性好易清理等,大幅度降低了工人的勞動強度,為實現機械化生產創造了條件.

　　1.2不足之處

　　1) 對原砂質量要求高;

　　2) 造型和澆注現場,在生產過程中有刺激性氣味.

　　3) 采用樹脂砂生產,成本較高,應綜合考慮.

　　由上所述可以看出,樹脂砂的優點較為突出,因此在國內得到了推廣應用.

　　2.呋喃樹脂砂的生產工藝技術

　　2.1原材料的選用

　　1) 鑄造用砂的要求

　　原砂對呋喃樹脂砂的性能粘結劑用量以及鑄件表面質量的影響很大,要求原砂中的SiO2含量要高,含泥量和酸耗值要低.粒度:大件42或30組別,中件21組別,小件15或10組別..

　　2) 呋喃樹脂

　　含糠醇的樹脂稱為呋喃樹脂,其糠醇含量較高,樹脂的存放性能得以改善,熱強度高但增加了成本.樹脂中的游離甲醛是生產中產生刺激性氣體的來源,也是惡化環境的因素之一,應加控制.鑄鐵件生產應選用低氮或無氮樹脂,實際應用根據鑄件的技術要求和結構來選擇.

　　3) 固化劑

　　一般采用有機磺酸溶液按其水溶液或醇溶液的濃度來調節固化速度。

　　4) 添加劑

　　為改善呋喃樹脂自硬砂的性能,配比中常加入一些添加劑。加入少量的硅烷作偶聯劑,可明顯的提高樹脂砂強度,但隨著時間的延長作用逐漸減弱,一般兩個月將消失.因此在國內由用戶在使用之前加入并攪拌均勻,應盡快用完.

　　2.2呋喃樹脂自硬砂的再生回用

　　舊砂能很好的回收與再生是呋喃樹脂砂的一大優點之一.如何控制好再生砂的質量,是生產出高質量樹脂砂鑄件的關鍵質量樹脂砂鑄件的關鍵.

　　1) 砂溫調節

　　穩定砂溫是呋喃樹脂自硬砂的關鍵,因此砂溫調節是必不可少的,尤其是再生砂的砂溫.如果砂溫能控制好的話,它即可提高生產效率,減少砂型損壞和鑄造缺陷,又可減少數珠加入量,減低成本,改善作業環境.

　　2) 再生砂的質量指標

　　①灼減量和發氣量

　　灼減量是衡量樹脂砂型中硬化粘結劑的殘留量的大致標準.它隨回用次數的增加,其增長率逐次下降,一般經過10～15次循環后即可達到穩定值.鑄鐵件生產可控制在2.5%之內. 灼減量和發氣量之間幾乎呈直線關系,可通過灼減量來推算發氣量.如果能控制好灼減量粒度分布微粉含量,就可以有效的防止鑄件出現氣孔缺陷.

　　②酸耗值和PH值

　　對于用酸作固化劑的呋喃樹脂, 酸耗值通常取負值;PH值過高就較難確定酸固化劑合適的加入量,一般PH值控制在3～6的范圍.

　　3) 再生砂反復使用以后,砂粒易細粒化,將會影響型砂的透氣性,生產過程應多加注意觀察.

　　2.3混制工藝

　　1) 配比及混制

　　a混合料配比

　　呋喃樹脂的加入量一般占砂重的0.8～1.5%,而固化劑的加入量占樹脂重的20～70%,依據季節的溫度變化來調節.

　　b混制工藝

　　造型采用連續式混砂機混制.一般是將原砂、再生砂、固化劑、樹脂依次快速混合而成,隨混隨用.用間歇式混砂機時,應先加砂,開動混砂機后小心加入固化劑,混拌1～2min之后加入樹脂,混勻后立即卸砂.制芯采用碗型混砂機(間歇式),按所制芯的重量大小選擇混制量的多與少.

　　2) 硬化工藝

　　樹脂砂硬化速度與砂溫、環境溫度、空氣濕度以及固化劑的種類、加入量關系很大.

　　a溫度

　　原砂溫度控制在20～35℃,原砂及工作環境溫度過低,硬化速度會變得很慢,延緩了脫模時間,降低了生產效率;而溫度過高,可使用時間過短,砂子的流動性變差,影響型芯的緊實.所以,應控制好硬化速度,合理控制樹脂砂的可使用時間與脫模時間.

　　b固化特性

　　用可使用時間與脫模時間的比值來表示粘結劑的固化特性,比值愈大,表示該固化劑的固化特性愈佳,一般為0.3～0.5.

　　3.鑄造工藝設計及生產現場工藝控制

　　3.1 工藝設計

　　1)起模斜度應比粘土砂大

　　樹脂砂的型芯在起模時,已經具有一定的硬化強度,幾乎無退讓性,起模時摩擦力較大,一般不能采用敲模樣或芯盒框松動模樣來起模.因此,在制作模樣時,應適當增大拔模斜度,保證外觀質量,以便于起模.

　　2)工藝設計應充分考慮自硬砂特性,盡量減少活塊,能用砂芯的取消活塊,以提高生產效率.

　　3)砂箱設計

　　利用樹脂砂硬化后強度高這一特點,在滿足有效吃砂量的前題下(依據鑄件大小和復雜程度,吃砂量可在30-100mm之間選擇),減小砂箱尺寸,降低砂鐵比,減少生產成本.

　　4)澆冒系統設計:

　　①設計澆冒口的原則是:宜少設補縮冒口,多設出氣和溢流冒口. 因樹脂砂型剛度好,澆注初期鑄型強度高,有條件利用鑄鐵凝固過程的石墨化膨脹,有效的消除縮孔、縮松,實現灰鑄鐵、球墨鑄鐵鑄件的少冒口或無冒口鑄造.

　　②盡量避免在冒口處集中開設澆口,應在提高擋渣和充型能力的前提之下,采用分散、徑向引入加溢流的方式,橫澆口端面為高梯形,內澆口開設原則為短、薄、寬；擋渣措施選離心集渣包改變橫澆道末端區截面形狀,防止澆道吸氣、鐵液二次氧化.

　　③生產重量大的鑄件,澆注系統優先采用陶瓷管制作,防止出現因沖砂造成的砂眼缺陷.

　　5)與粘土砂相比可適當減小加工余量,提高機加工效率.

　　3.2 現場工藝控制

　　1)造型工序使用震實臺提高鑄型的緊實度,保證型腔的幾何形狀和鑄件的尺寸精度.

　　2)加強型芯的排氣,多設出氣孔和氣道,澆注過程中保證型芯內的氣體及時排除型外.

　　3)應注意剛起模的型芯不宜立刻上涂料,因此時樹脂硬化反映還處于初期階段,若遇水基涂料中的水分會影響硬化的正常進行;若刷醇基涂料立刻點燃也會使未反映的樹脂過燒,影響型芯的表面溫度性.

　　4)夏天潮濕季節生產時,樹脂砂型好要進行表干處理以去除潮氣,防止出現因“嗆火”引起的氣孔缺陷.鑄型存放小時后方可合箱澆注.

　　5)樹脂砂鑄件的材質控制:應充分利用樹脂砂的保溫性,生產過程分別采取措施,確保材質質量.

　　①灰鑄鐵:

　　澆注樹脂砂灰鑄鐵材質的鑄件,因它獨到的保溫性,一般會降低0.5～2個牌號,生產時應根據鑄件的實際壁厚和大小靈活掌握.

　　②球墨鑄鐵:

　　利用它的保溫性,采取壓火保溫、延長出活時間的工藝方法,在鑄態條件下可穩定生產以鐵素體為主的球鐵鑄件(如QT400-18、QT450-10等);但生產珠光體球鐵和抗磨球鐵鑄件(如QT600-3、QT700-2等),應采取特殊工藝加以保證.

　　③生產球鐵時,應注意球化不良現象的發生,這與采用磺酸固化劑中的硫滲入有關,預防措施為適當加大球化劑用量,使鐵液殘留Mg在0.045～0.055以上.

　　4.樹脂砂鑄件缺陷分析及對策

　　呋喃樹脂砂與其他砂型相比,具有鑄件缺陷少,廢品率低,鑄件尺寸精度高,表面光潔輪廓清晰等優點,但是,如果現場使用不當,也會出現質量問題,有時甚至引起成批報廢.

　　4.1氣孔:

　　主要有兩種:

　　一是因樹脂砂發氣量大,氣體來不及排出形成的侵入性氣孔;

　　二是樹脂中含氮的化合物,澆注后分解出的原子氮和氫進入鐵液,冷凝時溶入的氣體來不及析出,形成針孔.對鑄鐵件而言,防止措施是,在滿足型砂使用強度的條件下,降低樹脂加入量;再者加強型芯排氣,澆注時注意點火引氣.

　　4.2粘砂:

　　原因是,樹脂在500℃左右分解,樹脂模被燒蝕,砂粒間隙增大并喪失粘結力,鐵液滲入形成粘砂.

　　防止措施為:

　　(1)增加型芯緊實度;

　　(2)厚壁處可采用特殊原砂如鋯英砂鉻鐵礦砂及冷鐵等;

　　(3)刷耐火涂料及適當減低澆注溫度;

　　(4)選用合適的呋喃樹脂類型.

　　4.3熱裂:

　　澆注薄壁鑄件時,樹脂砂型不能被燒透,形成一層堅固的結焦殘碳層,阻礙鑄件收縮,產生熱裂紋.因生產時不能求高的砂型強度,型芯采用中空結構,鑄型中可填入砂塊或埋入塑性好的材料,提高型砂的退讓性